阅读说明：本技术 一种陶瓷涂覆pe复合型隔膜的制备方法 (A kind of preparation method of the compound diaphragm of ceramic coated PE ) 是由 高保清 舒均国 陈立新 高芳 于 2019-07-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种陶瓷涂覆PE复合型隔膜的制备方法,属于锂离子电池隔膜制备技术领域,包括以下步骤：采用锂离子电池PE隔膜为基体,在其两侧均匀涂覆厚度为1~3μm混有以下重量份的原料：纳米SiO<Sub>2</Sub>粉末1-3份、纳米Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>粉末1-3份、纳米TiO<Sub>2</Sub>粉末2-5份、PMMA颗粒2-5份及氧化β-环糊精0.01-0.03份、NMP0.01-0.03份作为溶剂的无机有机浆体,在80-100℃条件下热压10-15 min,取出后冷却,得到一种陶瓷涂覆PE复合型隔膜。本发明以气悬浮的动力方式,增加涂覆设备在涂层涂覆过程中的张力控制以及浆料的分布混合方式,解决涂覆层致密性、均匀性以及涂层结合力的技术问题。(The invention discloses a kind of preparation methods of compound diaphragm of ceramic coated PE, belong to lithium ion battery separator preparation technical field, the following steps are included: using lithium ion battery PE diaphragm for matrix, in its two sides, uniform coating thickness is 1 ~ 3 μm of raw material for being mixed with following parts by weight: Nano-meter SiO_2 2 1-3 parts of powder, nanometer Al 2 O 3 1-3 parts of powder, nano-TiO 2 2-5 parts of powder, 2-5 parts of PMMA particle and oxidation beta-cyclodextrin 0.01-0.03 parts, the NMP0.01-0.03 parts of inorganic organic slurries as solvent, hot pressing 10-15 min under the conditions of 80-100 DEG C is cooling after taking-up, obtains a kind of compound diaphragm of ceramic coated PE.The present invention is with the power mode of gas suspension, the technical issues of increasing the distributed rendering mode of tension force and slurry of the coating equipment in coating application procedures, solve coat compactness, uniformity and coating binding force.)

一种陶瓷涂覆PE复合型隔膜的制备方法

技术领域

本发明属于锂离子电池隔膜制备技术领域，涉及一种陶瓷涂覆PE复合型隔膜的制备方法。

背景技术

隔膜作为锂离子电池生产的关键材料之一，对电池的实际性能起着重要的影响作用：一方面，隔膜起到电子绝缘的作用，避免电池内部发生短路；另一方面隔膜为离子传递提供通道，保证电化学反应的顺利进行。动力汽车领域的飞速发展，对电池高功率性能以及安全性能有更高的要求，而隔膜对锂离子动力电池这两方面性能起了关键作用。作为动力电池的关键组件，隔膜在失控条件下通过闭孔阻隔锂离子传递，防止发生安全事故。

目前实现大规模商品化生产的锂离子电池隔膜是聚烯烃类隔膜，以聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）单层膜和聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯（PE/PP/PE）复合膜为主。此类隔膜具有耐有机电解液性、微孔结构均匀、机械强度较高等优点，但其润湿性较差、热稳定性低（如PE膜和PP膜的破膜温度分别约135℃和165℃，在高温下均有较大比例的收缩），因此应用于大容量的单体电池安全性不足。业内通过改性隔膜来提高其热稳定性和电解液润湿性，如涂覆有机-无机陶瓷粒子（Al₂O₃、SiO₂、TiO₂）形成复合隔膜。此类隔膜的制备利用成熟的涂布设备，以耐高温的无机材料保护聚烯烃膜，在高温工况下保证电池隔膜形态的完整性，防止电池短路导致的热失控，从而提升了电池的安全性和快速充放的性能。如Jung等通过原子层沉积技术在PP微孔膜表面沉积了一层厚度约为6nm的超薄Al₂O₃功能层，获得了陶瓷复合隔膜，此陶瓷层提高了PP膜的耐热性，同时改善了原有PP基膜的亲液性；在4C倍率充放电条件下，经过1000次循环后放电容量仍可保持80%左右。德国Degussa公司将SiO₂、Al₂O₃和黏结剂混成浆料，涂覆在无纺布基膜上制备出Separion系列隔膜，该隔膜在200℃下不会发生明显收缩，已经应用于动力例子电池。

国外复合隔膜的生产技术相对成熟，而国内在陶瓷涂层复合隔膜领域尚处于起步阶段，同时也缺少方法和工艺的创新。常见的陶瓷涂层虽然在一定程度上提高了隔膜的耐热性和电池的安全性能，但也可能带来以下新的问题：（1）有机-无机材料的界面相容性差，复合隔膜出现掉粉问题；（2）陶瓷层的孔隙结构控制不够优化，陶瓷层致密会堵孔，不致密对隔膜的耐热性改善不明显等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种陶瓷涂覆PE复合型隔膜的制备方法，该方法制备出具有多级孔结构的改性陶瓷涂层，通过控制三维网状多孔级的结构增加隔膜材料的比表面积提高电解液隔膜材料的亲润性；并通过研发新型粘结剂，改善陶瓷组分与隔膜的结合强度，并提高锂离子的传导能力。

其具体技术方案为：

一种陶瓷涂覆PE复合型隔膜的制备方法，包括以下步骤：

采用锂离子电池PE隔膜为基体，在其两侧均匀涂覆厚度为1~3μm混有以下重量份的原料：纳米SiO₂粉末1-3份、纳米Al₂O₃粉末1-3份、纳米TiO₂粉末2-5份、PMMA颗粒2-5份及氧化β-环糊精0.01-0.03份、NMP0.01-0.03份作为溶剂的无机有机浆体，在80-100℃条件下热压10-15 min，取出后冷却，得到一种陶瓷涂覆PE复合型隔膜。

进一步，PE隔膜在涂覆前，在乙醇中浸渍8-10min，然后在丙烯酸浸渍8-10min后，进行干燥处理。

进一步，纳米SiO₂粉末2份、纳米Al₂O₃粉末2份、纳米TiO₂粉末3份、PMMA颗粒3份及氧化β-环糊精0.02份、NMP0.02份。

进一步，在90℃条件下热压12min。

进一步，涂覆过程中采用的涂覆设备设有气悬浮传动系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1）以气悬浮的动力方式，增加涂覆设备在涂层涂覆过程中的张力控制以及浆料的分布混合方式，解决涂覆层致密性、均匀性以及涂层结合力的技术问题。

2）具有三维微孔结构的模板以及有效官能团在复合陶瓷层（SiO₂、Al₂O₃、TiO₂）与隔膜的结合力的作用机理。

3）系统优化三维微孔结构复合陶瓷层（SiO₂、Al₂O₃、TiO₂）与PE P隔膜的复合工艺，建立起工艺条件与隔膜性能之间的量化关系。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

一种陶瓷涂覆PE复合型隔膜的制备方法，包括以下步骤：

采用锂离子电池PE隔膜为基体，在其两侧均匀涂覆厚度为1μm混有以下重量份的原料：纳米SiO₂粉末1份、纳米Al₂O₃粉末1份、纳米TiO₂粉末2份、PMMA颗粒2份及氧化β-环糊精0.01份、NMP0.01份作为溶剂的无机有机浆体，在80℃条件下热压10 min，取出后冷却，得到一种陶瓷涂覆PE复合型隔膜。

PE隔膜在涂覆前，在乙醇中浸渍8min，然后在丙烯酸浸渍8min后，进行干燥处理。

涂覆过程中采用的涂覆设备设有气悬浮传动系统。

实施例2

一种陶瓷涂覆PE复合型隔膜的制备方法，包括以下步骤：

采用锂离子电池PE隔膜为基体，在其两侧均匀涂覆厚度为2μm混有以下重量份的原料：纳米SiO₂粉末2份、纳米Al₂O₃粉末2份、纳米TiO₂粉末3份、PMMA颗粒3份及氧化β-环糊精0.02份、NMP0.02份作为溶剂的无机有机浆体，在90℃条件下热压12 min，取出后冷却，得到一种陶瓷涂覆PE复合型隔膜。

PE隔膜在涂覆前，在乙醇中浸渍9min，然后在丙烯酸浸渍9min后，进行干燥处理。

涂覆过程中采用的涂覆设备设有气悬浮传动系统。

实施例3

一种陶瓷涂覆PE复合型隔膜的制备方法，包括以下步骤：

采用锂离子电池PE隔膜为基体，在其两侧均匀涂覆厚度为3μm混有以下重量份的原料：纳米SiO₂粉末3份、纳米Al₂O₃粉末3份、纳米TiO₂粉末5份、PMMA颗粒5份及氧化β-环糊精0.03份、NMP0.03份作为溶剂的无机有机浆体，在100℃条件下热压15 min，取出后冷却，得到一种陶瓷涂覆PE复合型隔膜。

PE隔膜在涂覆前，在乙醇中浸渍10min，然后在丙烯酸浸渍10min后，进行干燥处理。

涂覆过程中采用的涂覆设备设有气悬浮传动系统。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。